Phần chung 1 - Tên đề tμi: Rèn luyện tư duy học sinh qua các bài tập áp dụng định luật bảo toàn 2 - Lý do chọn đề tμi : Bài tập là một trong những phương pháp quan trọng nhất để nâng
Trang 1Sở giáo dục v μ đμo tạo lμo cai
Trường THPT số 2 Bảo Thắng
-
Sáng kiến kinh nghiệm
Rèn luyện tư duy học sinh qua các bài tập
áp dụng định luật bảo toàn
GV: Phạm Thị Thu May
Tổ: Hoá - Sinh - Thể dục
Năm học: 2010-2011
Trang 2I Phần chung
1 - Tên đề tμi:
Rèn luyện tư duy học sinh qua các bài tập
áp dụng định luật bảo toàn
2 - Lý do chọn đề tμi :
Bài tập là một trong những phương pháp quan trọng nhất để nâng cao chất lượng dạy học bộ môn, mặt khác giải bài tâp là một phương pháp học tâp tích cực có hiệu quả giúp học sinh phát triển tư duy
Để đáp ứng được yêu cầu về đổi mới phương pháp kiểm tra, đánh giá kết quả học tập theo hình thức trắc nghiệm khách quan, giúp các em học sinh phát triển tư duy sáng tạo , hiểu bản chất vấn đề, giải quyết các bài tập trong thời gian sớm nhất
Với những kinh nghiệm được đúc rút ra trong quá trình giảng dạy của mình, tôi viết đề tài này để các đồng nghiệp và các em học sinh tham khảo để phần nào giúp các
em học sinh đáp ứng được yêu cầu đặt ra
II Nhiệm vụ - yêu cầu của đề tμi
1 Nhiệm vụ
Giúp học sinh phát triển tư duy thông qua hệ thống các bài tập áp dụng định luật bảo toàn
2 Yêu cầu
III Phạm vi giới hạn của đề tμi
1 Đối tượng nghiên cứu
Học sinh trường PTTH Số 2 Bảo Thắng
2 Phương pháp nghiên cứu
3 Thời gian nghiên cứu
Trong suốt quá trình giảng dạy ở trường THPT từ tháng 1/2003 đến tháng 2/2011
Trang 3IV Nội dung vμ đánh giá
1 Dμn ý chính
Phần 1 Lí thuyết
Phần 2 Ví dụ vận dụng
Phần 3 Các bài tập áp dụng (tự giải)
2 Nội dung đề tμi
Trang 4
Phần 1 : Lí thuyết
Định luật bảo toμn khối lượng do Lomnoxov (phát biểu năm 1748) và sau đó
A.L Lavoisier (phát biểu năm 1777) phát minh ra: “Khối l ượng các chất tham gia phản ứng luôn bằng khối lượng sản phẩm phản ứng”.Đến năm 1799 J.L Proust phát biểu
định luật thành phần không đổi: “ Một hợp chất dù đ ược điều chế bằng phương pháp nμo cũng đều có thμnh phần định tính vμ định lượng không đổi” Hai định luật này rất
quan trọng trong hoá học, nó quán xuyến tất cả các loại phản ứng hoá học, dựa vào các bản chất của phản ứng, ta suy ra được nhiều qui luật bảo toàn đặc trưng cho các loại phản ứng;
1 Định luật bảo toàn đối với tất cả các loại phản ứng
2 Sự bảo toàn số nguyên tử của các chất tham gia phản ứng
Ví dụ:
a) Trong tất cả các phản ứng đốt cháy các chất hữu cơ tạo thành CO2 và H2O thì số mol nguyên tử [O] trong CO2 và trong H2O luôn bằng số mol nguyên
tử [O] trong O2 tham gia phản ứng và số mol nguyên tử [O] trong chất bị
đốt
b) Trong phản ứng hợp hiđro vào các chất hữu cơ không no như ankin, anken, ankađien, v.v Số mol các chất giảm đi chính là số mol H2 đã tham gia phản ứng mặc dù phản ứng đó xảy ra hoàn toàn hay không
c) Sự bảo toàn điện tích được biểu thị bằng sự trung hoà điện: Qui luật này
được áp dụng cho tất cả các phản ứng xảy ra trong dung dịch chất điện li
“Tổng điện tích d ương trong dung dịch luôn bằng tổng số điện tích âm”
d) Sự bảo toàn proton: Trong các phản ứng giữa các axit với các bazơ số mol proton của nước và các axit cho luôn bằng số mol proton được nước và các bazơ nhận Qui luật này thường được biểu thị bằng phương trình bảo toàn proton Dựa vào phương trình này và định luật tác dụng khối lượng cùng với biểu thức hằng số axit- bazơ ta giải được các bài toán phức tạp của các phản ứng axit – bazơ
e) Sự bảo toàn electron: Trong các phản ứng oxi hoá- khử, tổng số mol electron
do các chất oxi hoá nhận luôn bằng tổng số mol electron do các chất khử nhường
Trang 5Phần 2 : Ví dụ vận dụng
1 Phương pháp bảo toμn nguyên tố
VD1 Hỗn hợp chất rắn (X) gồm 0,1 mol FeO, 0,2 mol Fe2O3 và 0,1 mol Fe3O4 Hoà
tan hoàn toàn hỗn hợp (X) trong dung dịch HCl dư, thu được dung dịch (Y) Cho dung dịch NaOH dư vào dung dịch (Y) thu được dung dịch (T) và kết tủa (Z) Lọc lấy kết tủa (Z), rửa sạch cẩn thận rồi nung trong không khí đến khối lượng không đổi thu được chất rắn (E) có khối lượng là
Hướng dẫn giải:
ơ Phân tích : Thông thường khi làm bài tập này, các em học sinh thường viết
đầy đủ các phương trình hoá học (có 8 phương trình), sau đó tính số mol của
Fe2O3 được tạo thành Tuy nhiên, nếu các em nhanh ý phát hiện ở đây tổng số mol nguyên tử Fe được bảo toàn thì việc giải bài toán trở nên đơn giản hơn nhiều
ơ Bμi giải :
Sơ đồ phản ứng :
HCl NaOH nung nóng trong không khí
3 4
FeO
FeCl Fe(OH)
FeCl Fe(OH)
Fe O
⎧
⎪ ⎯⎯⎯→ ⎯⎯⎯⎯→ ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→
⎪
⎩
Chất rắn (E) là
Fe2O3 Theo phương pháp bảo toàn nguyên tố, ta có :
nFe trong hỗn hợp (X) = nFe trong (E)
⇒ nFe trong (E) = 0,1 + 2ì0,2 + 3ì0,1 = 0,8 (mol)
Hay
2 3
Fe O
0,8
2
= = , 4 (mol)
Vậy m(E) = 0,4ì160 = 64 (g)
Đáp án C đúng
VD2 Tiến hành crăckinh 21,6 g C5H12 thu được hỗn hợp khí (X) gồm C2H4, C3H8, CH4,
C4H8, C2H6, C3H6, H2, C5H10 và một ít C5H12 chưa phản ứng Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp (X) rồi cho toàn bộ sản phẩm cháy vào bình (A) đựng nước vôi trong dư Khối lượng của bình (A) tăng
Hướng dẫn giải:
Trang 6C H12 5
n 0,3
72
6 ,
Đốt cháy hỗn hợp (X) thu được lượng sản phẩm hoàn toàn giống khi đốt cháy 21,6 g C5H12 ban đầu
C5H12 + 8O2 → 5CO2 + 6H2O
0,3 5ì0,3 6ì0,3 (mol)
mbình tăng =
CO và H O bị hấp thụ
m = msản phẩm sinh ra khi đốt cháy 21,6 g 12
5
C H
= (1,5ì44 + 1,8ì18) = 98,4 (g)
Đáp án B đúng
Vd3 Cho hỗn hợp A khối lượng 53,4 gam gồm phoi bào Fe và Cu đốt nóng A trong
không khí thu được hỗn hợp rắn A1 khối lượng 72,6 gam gồm Cu(II) oxit và 3 oxit của Fe ( FeO, Fe3O4, Fe2O3).Để hoà tan A1 cần ít nhất bao nhiêu ml dung dịch hỗn hợp 2 axit HCl 2M và H2SO4 1M.Sau khi hoà tan, đem cô cạn cẩn thận dung dịch thu được bao nhiêu gam muối khan?
Hướng dẫn giải:
16
4 , 53 2 , 76
mol
[ ]O + 2H+ ⎯ ⎯→H2O
⇒n H+ = 2 1 , 2 = 2 , 4 (mol)
2 1 2
4 , 2
+
=
⇒
2 Phương pháp bảo toμn electron
VD1. Cho hỗn hợp A khối lượng 17,43 gam gồm Fe và kim loại M (hoá trị không đổi n) với số mol bằng nhau tác dụng hết vừa đủ là 410 ml dung dịch HNO3 loãng đun nóng, thu được dung dịch A1 và 7,168 lít hỗn hợp khí B gồm NO và N2O có tổng khối lượng là 10,44 gam Cô cạn cẩn thận A1 thì thu được m1 gam muối khan
a) Xác định kim loại M
b) Tính m1 và nồng độ mol dung dịch HNO3
Hướng dẫn giải:
Đặt:
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎨
⎧
) ( :
) ( :
) ( :
) ( :
2O b mol N
mol a NO
mol x Fe
mol x M
Ta có:
Trang 7
ư
ư +
+
+ +
⎯→
⎯ +
+ +
⎯→
⎯ +
+
⎯→
⎯
+
⎯→
⎯
3 2
2
3 2
3 3
8 5
8 10
3 3
4
3
NO O
H O N e
HNO
NO O H NO e
HNO
ne M
M
e Fe Fe
n
Theo đầu bài
⎩
⎨
⎧
= +
= +
⇒
44 , 10 44 30
32 , 0
b a
b a
⎩⎨
⎧
=
=
⇒
06 , 0
26 , 0
b a
áp dụng định luật bảo toàn e- và bt klg ta có:
⎩
⎨
⎧
= +
= +
= +
26 , 1 8 06 , 0 3 26 , 0 3
43 , 17 56
x nx
x Mx
⎩
⎨
⎧
=
=
⇒
27
3
M n
Vậy: Kim loại là Al
M C
mol b
a n
gam m
M axit
i mu
4 41 , 0
64 , 1 )
( 64 , 1 10 4
) ( 55 , 95 62 ).
06 , 0 8 26 , 0 3 ( 43 , 17
ô
=
=
⇒
= +
=
= +
+
=
VD2
Đun nóng 28 gam vụn sắt trong không khí Sau một thời gian thu được hỗn hợp rắn A khối lượng a gam gồm Fe và 3 oxit của nó Hoà tan hết lượng A trong lượng dư dung dịch HNO3 đun nóng, thu được dung dịch A1 và 2,24 lít khí NO duy nhất (đktc)
a) Tính a
b) Cô bớt dung dịch A1 rồi làm lạnh đến 00C thu được 63 gam tinh thể hiđrat với hiệu suất kết tinh là 90% Hãy xác định công thức ptử của tinh thể hiđrat
Hướng dẫn giải:
Ta có:
) ( 1 , 0 4 , 22
24 , 2
) ( 5 0 56 28
mol n
mol n
NO
Fe
=
=
=
=
áp dụng định luật bảo toàn khối lượng và bảo toàn e- ta có:
4 0 , 1 3
32
28 5
, 0
⇒a=37,6 (gam)
Đặt công thức phân tử của tinh thể hiđrat là Fe(NO3)3.nH2O ta có:
-Số mol Fe(NO3)3 trong dung dịch A1 là: 0,2 (mol)
-Số mol tinh thể hiđrat là: 0,2.0,8=0,18 (mol)
Trang 8-Khối lượng mol phân tử của tinh thể ngậm nước=63/0,18=350(g/mol)
-Khối lượng mol của Fe(NO3)3 là: 242 (g/mol)
18
242 350
=
ư
Vậy, công thức pttt hiđrat: Fe(NO3)3.6H2O
VD3
Cho hỗn hợp A khối lượng 16,64 gam gồm oxit sắt từ và oxit sắt (III) vào một ống sứ tròn được nung nóng Cho một dòng khí CO đi chậm qua ống sứ đó để
CO phản ứng hết, khí CO2 đi chậm qua ống sứ được hấp thụ vào bình đựng lượng dư dung dịch Ba(OH)2, tạo thành m1 gam kết tủa trắng Chất rắn A1 thu được trong ống sứ sau phản ứng có khối lượng 14,64 gam gồm Fe, FeO và
Fe3O4 được hoà tan hết trong dung dịch HNO3 đun nóng, sau phản ứng thu được dung dịch A2 và 2,016 lít khí duy nhất NO (đktc) Xác định thành phần % khối lượng của mỗi oxit trong A và tính m1
Hướng dẫn giải:
Đặt:
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
) ( :
) ( :
) ( :
4 3
3 2
mol a CO
mol x O Fe
mol y O Fe
áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:
16,64+28a=14,64+44a
⇒a=0,125(mol)
CO2 →CaCO3
0,125→0,125: mol
⇒mCaCO
3=0,125.197=24,625 (gam)
*Chất khử: CO
Fe3O4
*Chất oxi hoá:
HNO3
*áp dụng định luật bảo toàn e-, ta có:
x+0,125.2= 3 0 , 27
4 , 22
016 , 2
⇒x=0,02(mol) ⇒y=0,75 (mol)
⇒
⎩
⎨
⎧
=
=
% 12 , 72
%
% 88 , 27
%
3 2
4 3
O Fe
O Fe
VD4
Cho 2,64 gam một sun fua kim loại tác dụng hoàn toàn với dung dịch H2SO4 đun nóng, thu được dung dịch A1, 3,36 lít hỗn hợp khí B gồm NO2 và NO có tỉ khối
so với H2 bằng 19,8 Thêm vào A1 lượng dư dung dịch BaCl2 thấy tạo thành m1 gam kết tủa trắng thực tế không tan trong dung dịch axit dư Xác định công thức phân tử của sunfua kim loại và tính m1
Hướng dẫn giải:
Trang 9
O H NO H
e NO
O H NO H
e NO
e m n mH
mSO M
O mH S
2 3
2 2 3
2 4 2
2
2 4
3
2 2
1
) 6 2 ( 8
2 4
+
⎯→
⎯ +
+
+
⎯→
⎯ +
+
+ + +
+
⎯→
⎯ +
+
ư
+
ư
+
ư +
Đặt:
⎩
⎨
⎧
) ( :
) ( :
2
mol b NO
mol a NO
⎪⎩
⎪
⎨
⎧
= +
= +
⇒
2 8 , 19 15
,
0
30 46
5
b a
b
a
⎩
⎨
⎧
=
=
⇒
06 , 0
09 , 0
b a
áp dụng định luật bảo toàn e-, ta có:
27 , 0
6 2 64 , 2
32
2M n n+ m
=
+
⇒M = 9 , 778n+ 13 , 333m
⇒2 nghiệm
1
1
23
n
m
M
=
⎧
⎪ =
⎨
⎪ =
⎩
3 2 56
n m M
=
⎧
⎪ =
⎨
⎪ =
⎩
Vậy : Sunfua kim loại là: Na2S hay FeS
Gọi số mol SO42- là t (mol)
-Nếu M2Sm là Na2S Vận dụng định luật bảo toàn e- ta có:
8t=0,09+0,03.0,06=0,0918
⇒t=0,011475(mol)
⇒m1 =2,673675 (g)
-Nếu M2Sm là FeS Vận dụng định luật bảo toàn e- ta có:
9t=0,09+0,03.0,06=0,0918
⇒t=0,0102 (mol)
⇒m1 =2,3766 (g)
VD5
Cho Fe phản ứng vừa hết với H2SO4, thu được khí A và 8,28 gam muối Biết số mol Fe bằng 37,5% số mol H2SO4 Tính khối lượng Fe đã phản ứng?
Hướng dẫn giải
Cách 1
4
H
Fe n
Pt : 2Fe + 6H2SO4 ⎯ ⎯→Fe2(SO4)3 + 3SO2 +6H2O
mol: x 3x 0,5x
Fe + Fe2(SO4)3 ⎯ ⎯→ 3FeSO4
mol : y y 3y
⎩
⎨
⎧
= +
ư
=
+
⇒
28 , 8 3 152 400 ).
5
,
0
(
3 375 , 0 )
(
y y
x
x y
x
Trang 10⎨
⎧
=
=
⇒
) ( 005
,
0
) (
04
,
0
mol y
mol
x
) ( 52 , 2 56 ).
005 , 0 04
,
0
⇒
Cách 2
4
H
Fe n
Ta có: 2H2SO4+2e→SO2+SO42-+2H2O
x mol 0,5x mol
⇒mFe=0,12.0,375.56=2,52 gam
VD6
Hoà tan 46,4 gam MxOy trong H2SO4 đặc, nóng thu được dung dịch chứa 120 gam muối và 2,24 lít khí SO2 (đktc) Xác định công thức của oxit kim loại?
Hướng dẫn giải
O H y nx SO
y nx SO
xM SO
H y nx
O
M x y 2 ( ) 2 4 2( 4)n ( 2 ) 2 2 ( ) 2
2
a
x
2
).
2 (nxư y a
(nx-y).a
⎪
⎪
⎪
⎩
⎪⎪
⎪
⎨
⎧
=
ư
= +
ư +
+
=
ư +
⇒
4 , 22
24 , 2 2 2
4 , 46 16
) ( 18 64 4 , 22
24 , 2 120 ) ( 98
4
,
46
ay
nax
ay Max
y nx a y
nx a
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
=
=
=
⇒
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
=
ư
= +
=
ư
⇒
6 , 33
8 , 0
8 , 1
2 , 0 2
4 , 46 16
1
Max ay nax
ay
nax
ay
Max
ay
nax
4
3
=
y
x ⇒MxOy là : Fe3O4
3 Phương pháp bảo toμn khối lượng
oxi Nung nóng bình một thời gian cho đến khi thể tích oxi giảm đi 3,5% thì thu
được 2,12 g chất rắn Tính m
Hướng dẫn giải
ơ Phân tích : Có rất nhiều em học sinh khi giải bài tập này đã viết đầy đủ 3
phương trình hoá học rồi đặt ẩn và giải Thực tế là ta không biết được có bao nhiêu % mỗi kim loại đã phản ứng với oxi nên việc giải hệ phương trình là không thể thực hiện được Dễ dàng nhận thấy tổng khối lượng của hỗn hợp sau phản ứng bằng khối lượng kim loại ban đầu cộng với khối lượng oxi đã phản ứng Cho nên chỉ việc tính khối lượng oxi đã phản ứng là bao nhiêu, sau đó lấy khối lượng
Trang 11chất rắn thu được sau phản ứng trừ đi khối lượng oxi đã phản ứng ta sẽ tính được khối lượng các kim loại ban đầu
ơ Bμi giải : noxi phản ứng = 3,5= 0, 035 (mol)
100
⇒ m oxi đã phản ứng = 0,035ì32 = 1,12 (g)
Khối lượng các kim loại bằng khối lượng chất rắn sau phản ứng trừ đi khối lượng oxi đã phản ứng ⇒ m = (2,12 – 1,12) = 1 (g)
VD2 Cho m gam hỗn hợp gồm các kim loại hoạt động tác dụng với dung dịch HCl dư
thu được dung dịch (X) và n mol khí (đktc) Cô cạn dung dịch (X) thu được p gam muối khan Biểu thức liên hệ giữa m, n và p là
Hướng dẫn giải
Ta có : mmuối = mkim loại + mHCl phản ứng – mhiđro bay lên
⇔ p = m + 73n – 2n = m + 71n
Đáp án A đúng
VD3 : Hoà tan hoàn toàn 2,81 g hỗn hợp gồm Fe2O3, MgO và ZnO trong 500 ml dung
dịch H2SO4 0,1M (vừa đủ) Cô cạn dung dịch sau phản ứng thì khối lượng muối khan thu được là
(Trích đ thi tuy n sinh v o i h c kh i A n m 2007) Hướng dẫn giải
Fe2O3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3H2O MgO + H2SO4 → MgSO4 + H2O
ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O
Ta thấy : nnước sinh ra =
2 4
H SO
n phản ứng = 0,05 mol
Theo định luật bảo toàn khối lượng, ta có :
2,81 + 0,05ì98 = mhỗn hợp muối sunfat khan + 18ì0,05
⇒ mhỗn hợp muối sunfat khan = 6,81 g
Đáp án A đúng
VD4. Cho 2,48 g hỗn hợp hai ancol no, đơn chức (hỗn hợp X) tác dụng vừa đủ với kim
Trang 12loại Na thu được 672 ml khí hiđro (đktc) và hỗn hợp hai ancolat natri (hỗn hợp Y) Khối lượng hỗn hợp (Y) là
Hướng dẫn giải
Gọi công thức chung của hai ancol là ROH
H2
n = 0,672= 0,03 (mol)
22,4 ⇒ nNa phản ứng = 0,06 mol
⇒ mNa phản ứng = 0,06ì23 = 1,38 (g)
Theo định luật bảo toàn khối lượng, ta có :
m(Y) = m(X) + mNa – mH2= 2,48 + 1,38 – 0,06 = 3,80 (g)
Đáp án A đúng
4 Phương pháp bảo toμn điện tích
VD1 Có hai dung dịch (A) và (B) Mỗi dung dịch chỉ chứa hai loại cation và hai loại
anion trong số các ion sau : K+ (0,15 mol), Mg2+ (0,1 mol), NH4+ (0,25 mol), H
2
+ (0,2 mol), Clư (0,1 mol), SO4ư(0,075 mol), NO3ư (0,25 mol) và (0,15 mol) Cho biết dung dịch (A) và dung dịch (B) chứa những ion nào ?
2ư
3
CO
Hướng dẫn giải
Các ion trong cùng một dung dịch phải không có khả năng phản ứng với nhau Nghĩa là các ion Mg2+ và CO23ư, H+ và CO23ưkhông thể ở trong cùng một dung dịch Như vậy, chúng ta có thể xác định các ion trong hai dung dịch như sau :
Trường hợp (1) : Dung dịch (A) chứa : H+, Mg2+, NO3ư, SO24ư
Dung dịch (B) chứa 4 ion còn lại
Trường hợp (2) : Dung dịch (A) chứa : H+, Mg2+, NO3ư, Clư
Dung dịch (B) chứa 4 ion còn lại
Trường hợp (3) : Dung dịch (A) chứa : H+, Mg2+, SO24ư, Clư
Dung dịch (B) chứa 4 ion còn lại
Tuy nhiên, chỉ có trường hợp (1) thoả mãn định luật bảo toàn điện tích :
Dung dịch (A) : Tổng điện tích dương = 0,20 + 0,1ì2 = 0,4
Tổng điện tích âm = 0,075ì2 + 0,25 = 0,4